盧瑟福,電動勢再增高，電流也不能再加大; 輻射出來的能量，其單元大小并不是一樣的，而与其振蕩頻率成正比。所以只有當擁有大量可用的

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輻射出來的能量，其單元大小并不是一樣的，而与其振蕩頻率成正比。所以只有當擁有大量可用的能量的時候，振子才能擁有和發射出高頻率的紫外線；因為振于擁有許多這樣的單元的机會很小，所以其發射的机會和發射的總能量也都很小。反之，頻率低的輻射是以小單元射出的，振子擁有許多小單元的机會較多，因而其發射的机會也可以較多；但由于其單元甚小，其總能量也甚小。只有在某段适中的頻率范圍內，單元的大小适中。机會也好，于是發出的單元數目可以相當大、而其總能量便得達到其最高值。




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第十章　物理學的新時代

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　　新物理學——陰极射線与電子——陽极射線或原子射線——放射性——X射線与原子序數——量予論——原子結构——玻爾學說—一量子力學——相對論——相對論与万有引力——物理學近況——核型原子——化學

　　新物理學

　　十九世紀最后十年以前，物理科學一直循著第六章所敘述的發展路線前進。當時以為物理學的主要框架已經一勞永逸地构成了。以后需要做的一點點工作就只是把物理常數的測量弄得再准确一些（小數點后面的數字再推進一位），并把看起來往往很快就能解決的光以大結构的研究工作再推進一步。二十世紀的前三十年，這一牛頓的体系滲入新的物理學學說中。在解釋實驗的結果時，起初這一体系唯一無二的學說，后來便和其他學說并用。慢慢地才發現還需要一些全新的概念。
　　新物理學可以說是從1895年慕尼黑倫琴（Wilhelm KonradRontgen，1845－1923年）教授發現X射線時開始的。在這以前，已經有很多人對气体中的放電進行實驗，特別是法拉第、希托夫、蓋斯勒（Geissler）、戈爾茨坦（Goldstein）、克魯克斯等人和后來的人J．湯姆生（1856－1940年），即劍橋大學三一學院的主任教授約瑟夫·湯姆生爵士。但是只有持具遠見的人才覺得這些實驗重要，而最先引起物理學家注意這些實驗的，便是倫琴的工作。
　　偉大發現之出于偶然，常較一般人所想象的為少。不過倫琴找到X射線的蹤跡卻是偶然的，這件事的确遲早要發生，但仍然是偶然的。倫琴發現緊密封存的底片雖絲毫不暴露在光線下，如果放在高度真空的放電管附近，仍然會變灰黑而至毀坏。這說明放電管內發出某种能穿透底片封套的光線。
　　倫琴發現，一個涂有磷光質，如鉑氰酸鉀的幕屏放在這种放電管附近時，即發亮光；金屬的厚片放在管与磷光屏中間時，即投射陰影，而輕的物質，如鋁片或木片，平時不透光，在這种射線內投射的陰影卻几乎看不見。所吸收的射線的數量似乎大致和吸收体的厚度与密度成正比。真空管內的气体愈少，則射線的貫穿性愈高。具有相當“硬度”的射線，可使肌肉內的骨骼在磷光片或照片上投下陰影。因此，在有了适當的技術之后，這一事實對于外科醫術，就具有無上的价值。
　　從純粹科學的觀點來看，繼X射線之后，J．J湯姆生等人又有一個更重要的發現：當這些射線通過气体時，它們就使气体變成導電体。在這個研究范圍內，液体電解質的离子說已經指明液体中的導電現象有類似的机制。液体電解質的离子說是由法拉第創立的，后來主要由科爾勞施、范特-霍夫和阿累利烏斯加以發展。現在這個气体的离子說證明是更加成功。
　　在X射線通過气体以后，再加以切斷，气体的導電性仍然可以維持一會儿，然后就漸漸消失了。湯姆生与盧瑟福又發現：當由于X射線射入而變成導体的气体，通過玻璃綿或兩個電性相反的帶電板之間時，其導電性就消失了。這說明气体之所以能導電是由于含有荷電的質點，這些荷電的質點一与玻璃綿或帶電板之一相接触，就放出電荷。盧瑟福又發現：在導電的气体內，電流的強弱起初和電動勢成正比；但如果電動勢繼續增高，則電流的增加漸漸變慢，最后達到一個最大的飽和數值。從這些實驗可以明白，雖然离子是液体電解質中平常而永久的构造的一部分，但在气体中，只有X射線或其他電离劑施作用時才會產生离子。如果听其自然，离子就會漸漸重新結合而至消失。玻璃綿的表面很大，可以吸收离子或幫助离子重新結合。如果外加的電動勢相當高，便可以使离子一產生出來就馬上跑到電极上去，因而電動勢再增高，電流也不能再加大。
　　倫琴的發現還開創了另一研究領域——放射現象的領域。X射線既然能對磷光質發生顯著的效應，人們自然要問：這种磷光質或他种天然物体，是否也可以產生類似X射線那樣的射線呢？在這一研究中首先獲得成功的是亨利·柏克勒耳（Henri Becquerel）。他在1896年2月發現，鉀鈾的硫酸复鹽發出的射線，可以穿透黑紙或其他不透光的物質，對照相底版發生影響，后來他發現鈾本身与其所有化合物都有同樣的作用。
　　次年，1897年，是以超原子微粒（即遠比任何元素的原子更輕的質點）偉大發現著稱的一年。物理學的新肘代從此開始了。

　　陰极射線与電子

　　當一只裝有鉑電极的玻璃管，經抽气机逐漸抽空時，管內的放電在性質上就經歷多次變化，最后就在玻璃管壁上或管內其他固体上產生磷光效應。然后，這些物体就成為X射線的來源。1869年，希托夫證明放在陰极与玻璃壁間的障礙物，可以在玻璃壁上投射陰影。1876年，戈爾茨坦證實希托夫的結果，而創造“陰极射線”一詞，他以為這种射線是和普通光線同一性質的以太波。另一方面，伐利（Varley）和克魯克斯提出證据——例如，這些射線在磁場中發生偏轉——說明它們是由陰极射出的荷電質點，因撞擊而產生磷光。1890年，舒斯特（Schuster）觀察了它們在磁場中的偏轉度，測量了這些假想質點的電荷与其質量的比率，而估計這一比率為液体中氫离子的比值的500倍左右。他假定這些質點的大小与原子一樣，推得气体离子的電荷遠較液体离子為大。1892年赫茲發現陰极射線能貫穿薄的金片或鋁片。這一發現，似乎与組成射線的質點為普通原子流或分子流的想法頗難調和。1895年，貝蘭證明：這些質點偏轉到絕緣的導電体上時，就把它們所有的負電荷給与導電体。在1897年，質點的速度及其電荷e与質量m的比值，為几個物理學家測定之后，它們的性質的問題就得到了解決。一月間，維歇特（Wiechert）證明几种射線的速度約為光速的十分之一；而其e／m則等于電解液中氫离子的比值的2000至4000倍。他按電容器的振蕩周期測量速度，而按磁場中的偏轉測量e／m。七月間考夫曼（Kaufmann）發表他的實驗報告：他從電极間的電位差与磁場中的偏轉，求得質點的能量。同時J．J湯姆生將這些射線導入絕緣的圓柱，測量其電荷，并觀測其給予溫差電偶的熱量，而求得其動能。最后他于十月間發現在高度真空下，陰极射線不但能為磁場所偏轉，也能為電場所偏轉，他因而測量了這兩种偏轉度。
　　
　　圖11表明湯姆生用來進行上述有歷史意義的實驗的儀器。一支高度抽空的玻璃管裝著兩個金屬電极：陰极C和開有小縫的陽极A。從C發出的陰极射線的一部分，穿過小縫后，再為第二個小縫B所削細。這樣得到的小束射線，經過絕緣片D与E之間，射在玻璃管他端的熒光幕或照相底片上。如將絕緣片連于高電壓電池的兩极，則其間產生電場。整個儀器放在一強力的電磁体兩极中間，使得射線也受到磁場的作用。
　　假定陰极射線是荷有負電的質點的急流，由簡單計算可以看出，射線的電場偏轉度，亦如其磁場偏轉度，是依質點的速度v及其電荷与質量之比e／m而改變的。所以通過測量電場与磁場的偏轉度，便可求得v与e／m的數值。
　　湯姆生求得質點的速度在光速的十分之一左右，而略有變化，但其e／m則不管气体的壓力与性質及電极的性質如何，均無改變。在液体電解質中，以氫离子的e／m為最大，約為10，000或104。湯姆生求得气体离子的e／m為7．7×106，換言之，即為液体中氫离子的e／m的770倍，而考夫曼在1897年12月所求得的更精密的數值為1．77×107。這些結果也許表明，在气体內的陰极射線的質點中，不是象舒斯特所預料的那樣，電荷比在氫原子中大得多，就是質量小得多。湯姆生暫時假定這些質點比原子小。他以牛頓所常用的微粒那個名詞去稱呼它們，并且說它們是我們尋求多年的各种元素的共同成分。但是當時還沒有明确的證据可以證明這些微粒所負的電荷，不比電解質中單价离子所負的更大，因而也無法計算其質量。所以電荷的疑案就成了急待研究的下一個問題了。
　　1898和1899年，湯姆生測量了X射線在气体中所造成的离子的電荷。他利用威爾遜（C．T．R．Wilson）在1897年所發現的方法，即离子和塵埃一樣，可以成為潮濕空气中蒸汽凝成霧滴的核心。從這些霧滴在空气阻力下降落的速度，可以計算出霧滴的大小。從凝結的水的体積，可以求得霧滴的數目，再從已知電動勢所產生的電流，可以求得電荷的總量。不久以后，湯森（Townsend）測量了离子滲入气体的擴散速度，而由此計算出离子的電荷。到了1899年，湯姆生用云室法与磁場偏轉法，測量了相同一种質點（以紫外光射在淦?纤?a生的質點）的電荷e和e/m。所有測量結果都證明：在實驗誤差限度以內，气体質點的電荷与液体單价离子的電荷相符合。事實上，在米利根（Millikan）新近的實驗結果中，這兩個數字相差不及四千分之一。
　　由此可見，并非微粒的電荷比液体中氫离子的電荷更大，而是其質量更小。這些微粒是原子的一部分，無論元素的性質如何，均為其原子共有的成分。從湯姆生最初的實驗來看，每一微粒的質量似約為氫原子的1／770。但從上述考夫曼測量的e／m，已可求得較精密的結果。自此以后關于微粒的電荷与其e／m，接著又有新的測定，最著名的是米利根的測定。他在1910年改進威爾遜的云室法，又在1911年測量了小油滴在被電离的空气中降落的速度。當一油滴捉到一离子時，其速度便忽然改變。這樣求得离子的電荷為4．775×10-10靜電單位。這說明這些微粒或電子的質量，為氫原子的1／1830。從气体分子邉诱摽汕蟮靡粋

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